진공 막증류 공정을 활용한 리튬브로마이드 수용액(LiBr-water)의 재농축에 관한 연구 (A Study on the Reconcentration of Diluted Lithium Bromide Solution(LiBr-water) by the Vacuum Membrane Distillation)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 32권 / 8호 / 367 ~ 376페이지
· 저자명 : 이정길, 권오경

초록

본 연구에서는 기존의 증발식 농축공정을 대체할 수 있는 막 증류공정을 활용하는 농축공정에 대한 성능 및 가능성을 실험 및 수치해석 기법을 통해 분석하고 논의했다. 수치해석 연구를 위해 VMD 증류공정의 성능을 해석할 수 있는 해석 모델을 개발하였으며 결과 값은 실험값과 잘 일치함을 보였다. 본 연구의 초기 목적은 53 wt%의 LiBr 수용액을 54 wt%까지 농축시키는 것이었으며 약 4시간동안의 농축공정을 통해 54 wt%까지 농축할 수 있음을 확인했다. 시간당 생성된 투과 수증기량은 약 8 g으로 7.84 kg/m2h의 투과 수증기 유량을 보였다. 입구 부피 유량이 증가함에 따라 투과 수증기 유량이 증가함을 보였으며, 수치해석 결과값과 비교하여 최대 5%의 차이를 보였다. 소수성 막에 발생할 수 있는 파울링 현상을 확인하고자 7일 동안 일 8시간 공정으로 7차례 공정을 운전한 결과 6일 동안 유사한 투과유량과 거의 99.99%의 염제거율을 보였으나 7일째(7번째) 실험에서 투과 수증기에 1%정도의 염이 막을 투과하였음을 확인할 수 있었다. 이는 LiBr수용액에 포함되어 있는 부식억제제의 영향으로 판단된다. 따라서 향후 연구에서는 부식억제제와 반응하지 않는 수퍼 옴니포빅막을 활용하는 실험을 계획 중이다.
수치해석 연구를 통해 입구유입온도, 유량, LiBr 수용액의 농도가 투과 수증기량에 미치는 영향을 분석하였고 연구 결과 LiBr 수용액의 농도, 운전조건에 따라 역 투과현상이 발생할 수 있음을 밝혔다. 본 연구에서 활용된 운전조건을 기준으로 하면 LiBr 수용액을 60 wt%까지 농축하기 위해서는 LiBr 수용액을 최소 75℃ 이상으로 가열하여 공급하여야 한다는 결론을 얻었다. 또한 목표 농축농도, 운전조건, 막의 재질 등이 시스템 성능에 민감하게 영향을 미치기 때문에 정확한 수치해석 모델의 개발 및 적용을 통해 적합한 운전조건을 찾는 연구가 필요함을 확인할 수 있었다.

영어초록

The conventional absorption system which uses various absorbents, is widely applied during different process stages, such as with the dehumidification and cooling system etc., due to the possibility that the application will waste heat or other sustainable energy resources. However, the conventional absorption system requires the external heating process which is highly depending on the use of fossil fuels, to evaporate the water vapor from a diluted absorbent. Therefore, the membrane distillation process which can separate the water vapor from the solution from below boiling temperatures, is attracting attention as an advantageous and eco-friendly process with many applications to industries. In this study, we suggested the membrane distillation system is useful as the alternative re-concentration process of various absorbents. The performance evaluation and application feasibility test were conducted with experimentally and theoretically. The simulation results were well validated with the experimental results, and the maximum difference was noted as 5%. In addition, the investigation of the rejection rate and permeate flux of water vapor were conducted and measured at the various operating conditions. As a result, the permeate flux was 7.84 kg/.,h at the inlet feed temperature of 64.5℃, vacuum level of 4400 Pa, and the inlet volume flow rate of 0.9 L/min; and thus we proved with lab-scale experiment that the diluted LiBr solution can be concentrated from 53 wt% to 54 wt%. The possibility of the reverse flux which can be issued during the process was discussed in terms of the various solution concentrations and the operating conditions.

참고자료

· 없음